混合動力汽車挑戰(zhàn)電源芯片與功率器件

　　由于鋰離子電池對過度充電和深度放電非常敏感，在這些情況下它們都有可能燃燒或爆炸。Atmel公司的次級保護器件ATA6871提供了一種特殊的安全策略，監(jiān)控電池單元的電壓和溫度，防止鋰離子電池發(fā)生熱失控或爆炸。一旦電池單元發(fā)生上述其中一項異常情況，便會通過緊急繼動裝置予以關(guān)斷。ATA6871帶有無需外部微控制器或軟件就能夠運行的內(nèi)建自我測試程序，以及由硬件實現(xiàn)的監(jiān)控閾值，能夠提供安全級別最高的鋰離子電池監(jiān)控功能。即使初級器件被損壞，也可以確保正常的運作。

　　對鋰電池組安全的群體性擔憂，促使業(yè)界研發(fā)更為精密安全的電池檢測管理芯片，汽車半導體廠商不斷地推出新的電池管理和功率解決方案，力圖在確保安全的前提下延長電池的壽命，并降低成本、體積和重量。

　　挑戰(zhàn)二：掃除高壓電氣系統(tǒng)的障礙

　　HEV設(shè)計的另一個挑戰(zhàn)是高電壓。傳統(tǒng)轎車使用的是12V的電源系統(tǒng)，而輕度、全面及插電式HEV卻需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統(tǒng)，這使設(shè)計更具挑戰(zhàn)性。

　　“HEV最重要的革命性改變是動力系統(tǒng)的電氣化，它要求大動力的電動引擎，并且必須在比標準12V內(nèi)燃引擎推動的汽車更高的電壓下運行。另外，HEV的電池和能源管理是基于12V和一個數(shù)百伏的高電壓電池的雙電網(wǎng)，以及對汽車領(lǐng)域來說屬于嶄新設(shè)計的DC/DC轉(zhuǎn)換器和功率管理方案。”國際整流器公司(IR)汽車產(chǎn)品副總裁及總經(jīng)理Henning M. Hauenstein博士指出：

　　HEV的汽車結(jié)構(gòu)需要使用高電壓。因此，功率管理IC必須承受典型600V的電壓水平，在一些大馬力的HEV型號中更可能要承受高達1,200V的電壓。IR有為輕型混合動力汽車提供先進的電機驅(qū)動解決方案，而那些在10-15kW范圍的動力系統(tǒng)電機，通常會使用擁有600V能力的產(chǎn)品。至于全混合動力和插電式混合動力汽車，以及那些電機高達，甚至超出100kW的電動汽車，IR有高達1,200V的開關(guān)和驅(qū)動IC供應(yīng)。

　　相關(guān)的功率IC除了需要高達600V到1,200V的高電壓能力外，也需要驅(qū)動逆變器和DC/DC轉(zhuǎn)換器中前所未見的電流密度的開關(guān)。功率IC要面對這樣的高功率、高電壓以及高能源，就要以堅固耐用、可靠性和安全作為主要的條件。Hauenstein博士表示，“IR非常重視電機驅(qū)動IC的保護功能，例如它們在HEV牽引電機出現(xiàn)嚴重故障和短路時，免除了微型控制器的互動需要。我們是業(yè)界率先為負電壓尖峰免疫性引入安全操作區(qū)指標的公司，因為這個問題在HEV逆變器中，開關(guān)高電流、高電壓IGBT時十分常見。”

　　IGBT位于逆變器中，為混合系統(tǒng)的電機提供能量。英飛凌IGBT技術(shù)可為HEV動力系統(tǒng)帶來諸多優(yōu)勢。溝槽場終止技術(shù)可降低傳導損耗和開關(guān)損耗，同時可使尺寸縮小30%。英飛凌結(jié)合溝道場終止IGBT(絕緣柵雙極晶體管)技術(shù)和Emcon二極管技術(shù)進行開發(fā)的HybridPACK1功率模塊用于輕度混合動力汽車;HybridPACK2則完全混合動力汽車應(yīng)用。

　　幾年前，汽車中的功率器件大多數(shù)都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽車的動力傳動系統(tǒng)?，F(xiàn)在的汽車則采用20V到600V的功率器件。對于動力轉(zhuǎn)向及制動這類應(yīng)用，開發(fā)工程師正在尋找具有低導通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET，以降低汽車的功耗。

　　IR由體積最小的HEV，也就是所謂微型混合動力汽車開始，為它們的啟動/停止功能提供極為耐用的MOSFET。啟動/停止功能讓汽車在交通燈前停車或者下山時自動停止內(nèi)燃引擎操作，而相關(guān)的制動能量便可以補充給電池。頻繁的引擎發(fā)動，使起動器或者集成式起動發(fā)電機要求非常耐用的功率管理方案，這是因為當你以車匙發(fā)動汽車時，普通的起動器只會發(fā)動引擎一次，但集成式起動發(fā)電機則要在頻繁的啟動/停止周期中應(yīng)付高得多的功率。IR的AUIRS2003S是一款高功率MOSFET驅(qū)動器，并備有高、低側(cè)參考輸出通道，適用于惡劣的汽車環(huán)境及引擎罩下的應(yīng)用。這款輸出驅(qū)動器具有高脈沖電流緩沖級，可將驅(qū)動器跨導降至最低，而浮動通道可在最高200V的高側(cè)配置中驅(qū)動一個N溝道功率MOSFET。該器件還提供低靜態(tài)電流，可為高側(cè)電路帶來低成本自舉電源。